2X250W CZ1, SCHEMATY ELEKTRONIKA, SCHEMATY WZMACNIACZY
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
Wysokosprawny
wzmacniacz audio
2x250W, część 1
AVT−5015
Na rynku uk³adÛw
scalonych do wzmacniaczy
audio d³ugo panowa³ zastÛj.
W†ostatnich dwÛch latach
nast¹pi³ rewolucyjny prze³om,
ktÛry z†pewnym opÛünieniem
dotar³ takøe do Polski:
w†artykule przedstawiamy
opis konstrukcji wzmacniacza
audio wysokiej jakoúci,
o†bardzo duøej mocy
muzycznej (2x250W), ktÛry
praktycznie nie wymaga
ch³odzenia. Niewiarygodne?
Zobaczcie sami!
Ojcem (matk¹?) sukcesu jest
amerykaÒska firma Tripath, ktÛra
po latach doúwiadczeÒ ze wzmac-
niaczami audio pracuj¹cymi w†kla-
sie D (z cyfrow¹ modulacj¹ syg-
na³u audio metod¹ PWM) opraco-
wa³a w³asn¹, zupe³nie now¹ klasÍ
wzmacniaczy, ktÛr¹ nazwan¹ T.
Podstawowa zasada dzia³ania
wzmacniaczy pracuj¹cych w†klasie
T jest podobna do klasycznych
wzmacniaczy impulsowych, tzn.
sygna³ wyjúciowy wzmacniacza jest
ci¹giem impulsÛw o†modulowanym
wype³nieniu i†- istotna nowoúÊ -
czÍstotliwoúci. To w³aúnie dziÍki
modyfikowaniu czÍstotliwoúci noú-
nej PWM wzmacniacze pracuj¹ce
w†impulsowej klasie T nie znie-
kszta³caj¹ sk³adowych sygna³u wyj-
úciowego o†czÍstotliwoúciach po-
wyøej 1,5..2kHz jak dzieje siÍ to
w†klasie D (
rys. 1
), w†zwi¹zku
z†czym maj¹ pasmo przenoszenia
porÛwnywalne (
rys. 2
) ze wzmac-
niaczami pracuj¹cymi w†klasie A
lub AB. Tak dobry wynik osi¹g-
niÍto - niestety - doúÊ duøym
kosztem, poniewaø sygna³ wejúcio-
wy poddawany wzmacnianiu jest
poddawany dog³Íbnej analizie wid-
mowej przez procesor sygna³owy
wbudowany w†uk³ad steruj¹cy (
rys.
3
). Procesor ten odpowiada za
dostosowanie czÍstotliwoúci noúnej
do widma sygna³u wejúciowego,
a†takøe - dziÍki rozbudowanym
obwodom sprzÍøenia zwrotnego -
dostosowuje parametry sterowania
wyjúciowych tranzystorÛw mocy
do ich indywidualnych charakte-
rystyk. DziÍki temu dobranie tran-
zystorÛw pracuj¹cych w†koÒcÛw-
kach mocy nie jest zbyt trudne.
Wed³ug informacji udostÍpnionych
przez producenta, czÍstotliwoúÊ
noúnej PWM dla sygna³Ûw o†nie-
wielkich amplitudach i†niskich
czÍstotliwoúciach wynosi ok.
1,2MHz. Spada ona do ok. 200kHz
dla sygna³Ûw o†bardzo duøych am-
plitudach. DziÍki uzaleønieniu
czÍstotliwoúci sygna³u noúnego od
amplitudy sygna³u wyjúciowego
poszerzeniu ulega zakres liniowej
pracy elementÛw indukcyjnych,
ktÛre wykorzystano do filtracji
sygna³u wyjúciowego.
W†tym momencie wypada za-
daÊ pytanie, po co inøynierowie
Najważniejsze parametry i właściwości
wzmacniacza AVT−5015:
moc muzyczna: 2x250W (THD=1,2%, R
L
=4
),
moc wyjściowa dla sygnału sinusoidalnego
i THD=0,1% (R
L
=4
): 150W,
pasmo przenoszenia: 17Hz..80kHz,
odstęp sygnału od szumu: >99dB,
separacja kanałów nie gorsza niż: −75dB (w
całym pasmie),
klasa pracy: T,
sprawność (P
out
=160W, R
L
=4
): 87%,
wbudowane zabezpieczenia
antyprzeciążeniowe.
14
Elektronika Praktyczna 5/2001
P R O J E K T Y
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
Rys. 1. Zniekształcenia w funkcji częstotliwości
wzmacniacza pracującego w klasie D.
Rys. 4. Zawartość harmonicznych w sygnale
wyjściowym przykładowego wzmacniacza
pracującego w klasie D.
Rys. 2. Zniekształcenia w funkcji częstotliwości
wzmacniacza pracującego w klasie T.
Rys. 5. Zawartość harmonicznych w sygnale
wyjściowym przykładowego wzmacniacza
pracującego w klasie T.
firmy Tripath tak bardzo skompli-
kowali wzmacnianie sygna³u au-
dio? Odpowiedü jest bardzo pros-
ta: ze wzglÍdÛw oszczÍdnoúcio-
wych. Wzmacniacze pracuj¹ce
w†klasie AB lub A charakteryzuj¹
siÍ doskona³ymi parametrami (ma-
³e zniekszta³cenia, duøe wzmoc-
nienie, szerokie pasmo przenosze-
nia), lecz maj¹ ma³¹ a†nawet
bardzo ma³¹ (zw³aszcza wzmac-
niacze pracuj¹ce w†klasie A)
sprawnoúÊ energetyczn¹. Z†kolei
wzmacniacze impulsowe pracuj¹-
ce w†klasie D maj¹ duø¹ spraw-
noúÊ energetyczn¹ (nawet do
88%), ale wnosz¹ do wzmacnia-
nego sygna³u doúÊ duøe znie-
kszta³cenia, ktÛre s¹ szczegÛlnie
dokuczliwe dla sk³adowych syg-
na³u wyjúciowego o†wyøszych
czÍstotliwoúciach (
rys. 4
). Odtwa-
rzanie muzyki za pomoc¹ wzmac-
niacza o†tak duøych zniekszta³ce-
niach jest praktycznie niemoøli-
we, w†zwi¹zku z†czym klasa D
doskonale przyjͳa siÍ w†syste-
mach kina domowego, gdzie ener-
gooszczÍdne wzmacniacze s¹ wy-
korzystywane do zasilania g³oúni-
kÛw subniskotonowych o†paúmie
przenoszenia do 250..500Hz. Na
rys. 5
pokazano charakterystykÍ
ilustruj¹c¹ poziom zniekszta³ceÒ
w†funkcji mocy wyjúciowej
wzmacniacza klasy T. PrzyjÍto
warunki pomiarowe identyczne,
jak dla odpowiedniego uk³adu
pracuj¹cego w†klasie D (charakte-
rystyka z†rys. 4) - przedstawiony
wykres nie oznacza, øe w†zbudo-
wanym przez nas wzmacniaczu
przy 10W mocy wyjúciowej po-
ziom zniekszta³ceÒ osi¹ga 10%!
niaczy o†mocy wyjúciowej (sinus)
ok. 150W w†kaødym kanale. W³aú-
nie ten uk³ad zastosowaliúmy
w†prezentowanym projekcie.
Opis uk³adu
Prezentowany w artykule
wzmacniacz powsta³ w†oparciu
o†bardzo szczegÛ³owe zalecenia
producenta uk³adu TA0102A.
W†dokumentacji udostÍpnionej
m.in. na stronie
www.tripath.com
znajduje siÍ tak wiele wytycz-
nych, øe potencjalny wykonawca
wzmacniacza ma stosunkowo nie-
wiele do zrobienia: zaprojektowaÊ
p³ytkÍ drukowan¹. Jak siÍ jednak
okaza³o, nie jest to zadanie zbyt
proste, poniewaø pr¹d przep³ywa-
j¹cy impulsowo przez kluczowane
z†duø¹ szybkoúci¹ tranzystory mo-
cy powoduje powstawanie doúÊ
duøych zak³ÛceÒ, ìchÍtnieî wyko-
rzystywanych przez wzmacniacz
jako pretekst do wzbudzania siÍ.
Schemat elektryczny najwaøniej-
szej czÍúci wzmacniacza pokazano
na
rys. 6
. Jak ³atwo siÍ domyúleÊ,
najwaøniejszym elementem wzmac-
niacza jest uk³ad scalony U1. Syg-
na³y wejúciowe IN_L i†IN_R s¹
TA0102A - serce
wzmacniacza
Pierwsze prÛby ze wzmacnia-
czami pracuj¹cymi w†klasie T kon-
struktorzy firmy Tripath prowadzi-
li buduj¹c je z†elementÛw dyskret-
nych. Okaza³o siÍ, øe zoptymali-
zowany projekt sterownika moøna
umieúciÊ w†pojedynczej obudowie
i†dostarczaÊ go w†postaci goto-
wych modu³Ûw hybrydowych, nie
wymagaj¹cych praktycznie øadne-
go ìstrojeniaî. Jednym z†pierw-
szych uk³adÛw tego typu na rynku
by³ TA0102A, sterownik wzmac-
Tab. 1. Wartość czasu “martwego”
w zależności od położenia zworek
JP1 i JP2.
Zwarte
Zwarte
Czas
styki
styki
“martwy”
JP1
JP2
[ns]
1−2
1−2
145
1−2
2−3
105
2−3
1−2
65
Rys. 3. Schemat blokowy układu TA0102A.
2−3
2−3
25
Elektronika Praktyczna 5/2001
15
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
Rys. 6. Schemat elektryczny wzmacniacza.
wstÍpnie filtrowane za pomoc¹
pasywnych filtrÛw LC, a†sk³adowa
sta³a, jaka moøe w†nich wyst¹piÊ
jest separowana za przez konden-
satory C35 i†C36. Do wejúÊ sygna-
³owych IN1 i†IN2 U1 do³¹czono
dwa potencjometry R17 i†R18, za
pomoc¹ ktÛrych ustala siÍ napiÍcie
polaryzuj¹ce stopieÒ wejúciowy
wzmacniacza. Na z³¹cze wejúciowe
JP4 wyprowadzono takøe sygna³
wyciszania wzmacniacza MUTE. Je-
øeli zostanie podany na to wejúcie
sygna³ cyfrowy o†poziomie napiÍcia
odpowiadaj¹cym logicznej ì1î
wzmacniacz przestanie pracowaÊ.
Po ok. 200 ms od chwili podania
na to wejúcie logicznego ì0î
wzmacniacz rozpoczyna normaln¹
pracÍ. Jeøeli wejúcie to nie bÍdzie
wykorzystane moøna uaktywniÊ
wzmacniacz ìna sta³eî, zwieraj¹c
styki 2-3 jumpera JP3.
Bardzo istotn¹ rolÍ, zw³aszcza
dla bezpieczeÒstwa kosztownego
uk³adu TA0102A, pe³ni impulso-
wy stabilizator napiÍcia U2. Jest
to uk³ad z†rodziny
SimpleSwitcher
produkowanej przez National Se-
micondutors. Pracuje on w†swojej
typowej aplikacji stabilizatora ob-
niøaj¹cego napiÍcie wejúciowe,
a†jego zadaniem jest utrzymanie
12-woltowego odstÍpu napiÍcia za-
silaj¹cego wejúcie referencyjne
VN12 U1 od ujemnego napiÍcia
zasilania -45V. Poniewaø pod
wp³ywem zmian ob-
ci¹øenia wartoúÊ
ujemnego napiÍcia
zasilaj¹cego moøe siÍ
zmieniaÊ w†szerokich
granicach, producent
zaleca stosowanie
schematu zasilania
tego wejúcia jak po-
kazano na
rys. 7
.
Teoretycznie moøli-
wy, prostszy w†reali-
zacji wariant zasila-
nia pokazany na
rys.
8
, nie zapewnia bez-
pieczeÒstwa pracy
U1. Zastosowanie
doúÊ kosztownego
stabilizatora impulso-
wego wyniknͳo
z†faktu, øe wiÍkszoúÊ
klasycznych stabiliza-
torÛw 3-koÒcÛwko-
wych nie pracuje sta-
bilnie w†przypadku wykorzystanie
bieguna zasilania jako wejúcia re-
ferencyjnego (masy). Poniewaø na-
16
Elektronika Praktyczna 5/2001
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
WYKAZ ELEMENTÓW
Końcówka mocy
T1..T4: STB19NB20
U1: TA0102A
U2: LM2594HV−13
Różne
L1, L2: 11
Ω
R3, R6, R11, R14: 0,01
/1W
bezindukcyjne
R4, R5, R9, R10: 5,6
H/10A
L3, L4: według opisu w tekście
L5: 330
/1W
bezindukcyjne
R7, R12: 33
H/2A
L6, L7: 1
/2W bezindukcyjne
H/10A
JP1..JP3: goldpiny 1x3 z jumperami
ARK2 2 szt.
ARK3 2 szt.
Listwa goldpin z 38 stykami
(podstawka dla TA0102A)
Radiator aluminiowy zgodnie
z opisem w tekście
R8, R13: 1k
/1W bezindukcyjne
Rys. 7. Zalecany sposób
wytwarzania napięcia
polaryzującego VN12.
R15: 1,5k
Ω
R17, R18: 10k
potencjometry
miniaturowe
R19..R22: 1M
Ω
R30, R31: opcjonalnie według
opisu w tekście
Kondensatory
C1..C7, C14, C16, C17:
100nF/100V
C8, C13, C15, C27: 100
Blok zabezpieczenia głośników
(opcjonalny)
F/100V
Rezystory
R23, R24: 1M
Rys. 8. Nieprawidłowy sposób
wytwarzania napięcia
polaryzującego VN12.
C9, C10, C34: 100nF/50V
C11: 10
F/100V
Ω
R26, R27: 100k
F/25V
C18..C23: 10nF/100V
C28, C29: 100
Ω
Kondensatory
C24..C26: 1
piÍcie zasilaj¹ce U2 ma duø¹
wartoúÊ, niezbÍdnym okaza³o siÍ
zastosowanie stabilizatora wysoko-
napiÍciowego (LM2594HV - High
Voltage, moøe pracowaÊ przy na-
piÍciu wyjúciowym wynosz¹cym
maksymalnie 57V), a†ze wzglÍdu
na wygodÍ montaøu zdecydowano
siÍ na uøycie uk³adu o†fabrycznie
ustalonym napiÍciu wyjúciowym.
Wbudowany w†U1 procesor ste-
ruj¹cy wyjúciowe tranzystory mocy
moøna skonfigurowaÊ za pomoc¹
zworek JP1 i†JP2 w†taki sposÛb, aby
zoptymalizowaÊ parametry sterowa-
nia pod k¹tem szybkoúci ich pracy.
F/150V
C30, C31: 220nF
C32, C33: 47pF
C35, C36: 1
F/50V
Półprzewodniki
D6: BAT83
D7: MBR150 lub MBR160
D9: 1N4148
Q5: BC557
Q6..Q9: BS170
Różne
Przekaźnik np. Schrack RTE24−005
F/25V
C37..C40: 10nF/50V
Półprzewodniki
D1..D4: MUR120
D5: dowolna LED
D8: MBR150 lub MBR160
Oznacza to, øe podczas prze³¹czania
par tranzystorÛw T1, T3 i†T2, T4
procesor pomiÍdzy cyklami naprze-
miennego w³¹czania tranzystorÛw
wstawia czas ìmartwyî kiedy to
obydwa tranzystory powinny byÊ
wy³¹czone. Funkcja ta naywa siÍ
Break-Before-Make
, a†jej zadaniem
jest m.in. zminimalizowanie start
energii w†przypadku zastosowania
niezbyt szybkich tranzystorÛw wyj-
úciowych. W†
tab. 1
zestawiono war-
toúci czasu ìmartwegoî w†zaleønoú-
ci od ustawienia zworek JP1 i†JP2.
W†przypadku zastosowania spraw-
dzonych w†naszym laboratorium,
w†zwi¹zku z†czym zalecanych tran-
zystorÛw STB19BN20 czas ìmart-
wyî powinien wynosiÊ 65ns.
Konstrukcja stopni koÒcowych
wzmacniacza jest niezbyt interesu-
j¹ca (czytaj: ma³o skomplikowana),
lecz wymagania stawiane zastoso-
wanym w†nich elementom s¹ bar-
dzo wysokie. TwÛrcy uk³adu
TA0102A wykazali siÍ ogromnym
doúwiadczeniem, dziÍki czemu
w†obydwu ga³Íziach stopni koÒco-
wych moøna zastosowaÊ tranzysto-
ry unipolarne z†kana³em N, zamiast
najczÍúciej stosowanych par kom-
plementarnych. Pomimo ci¹g³ego
udoskonalania technologii, tranzys-
tory mocy z†kana³em P†ci¹gle po-
Rys. 9. Schemat elektryczny opcjonalnego bloku zabezpieczającego głośniki.
Elektronika Praktyczna 5/2001
17
Rezystory
R1, R2: 20k
R16: 10k
R25: 20k
C12: 100
R28: 220k
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
zostaj¹ krok w†tyle (s¹ zazwyczaj
wolniejsze) za swoimi odpowiedni-
kami z†kana³em N. DziÍki temu
unikamy koniecznoúci p³acenia wiÍ-
cej lub ømudnego dobierania par
podobnych tranzystorÛw, co zreszt¹
nie zawsze jest moøliwe.
Uk³ad U1 jest wyposaøony
w†system autodiagnostyki, ktÛrego
stan jest sygnalizowany za pomo-
c¹ diody úwiec¹cej D5, sterowanej
sygna³em z†wyjúcia HMUTE U1.
åwiecenie tej diody oznacza po-
prawne warunki pracy uk³adu.
W†przypadku wyst¹pienia przetÍ-
øenia w†stopniu wyjúciowym dio-
da D5 gaúnie sygnalizuj¹c awariÍ.
Ponowne w³¹czenie wzmacniacza
wymaga zmiany stanu logicznego
na wejúciu MUTE w†cyklu 0-1-0
lub wy³¹czenia i†w³¹czenia zasi-
lania. W†przypadku zbyt niskiego
lub zbyt wysokiego napiÍcia za-
silania dioda D5 takøe gaúnie,
a†powrÛt wzmacniacza do pracy
jest moøliwy dopiero po podaniu
napiÍcia zasilaj¹cego o†w³aúciwej
wartoúci.
Dodatkowe bloki
funkcjonalne
Niezobowi¹zuj¹cym uzupe³nie-
niem prezentowanej konstrukcji
jest blok zabezpieczenia g³oúni-
kÛw przed uszkodzeniem stopni
wyjúciowych, ktÛry jednoczeúnie
spe³nia rolÍ ich od³¹cznika, ste-
rowanego sygna³em HMUTE.
Schemat elektryczny tej czÍúci
uk³adu pokazano na
rys. 9
. Jest
to dok³adna kopia bloku zabezpie-
czaj¹cego opracowanego przez in-
øynierÛw firmy Tripath. Jego za-
let¹ jest prostota uk³adowa i†od-
pornoúÊ na potencjalne uszkodze-
nia, lecz - jak pokaza³y doúwiad-
czenia prowadzone ze wzmacnia-
czem - jego stosowanie nie jest
niezbÍdne. W†przypadku rezygna-
cji ze stosowania bloku zabezpie-
czaj¹cego naleøy zewrzeÊ za po-
moc¹ grubego przewodu miedzia-
nego styki przekaünika i†koniecz-
nie zainstalowaÊ nastÍpuj¹ce ele-
menty: L6, L7 i†C18..C23. Z†mon-
taøu pozosta³ych elementÛw moø-
na zrezygnowaÊ.
Piotr Zbysiñski, AVT
piotr.zbysinski@ep.com.pl
Wzory p³ytek drukowanych w for-
macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie
pod adresem:
?pdf/maj01.htm
oraz na p³ycie
CD-EP05/2001B w katalogu
PCB
.
18
Elektronika Praktyczna 5/2001
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl charloteee.keep.pl
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
Wysokosprawny
wzmacniacz audio
2x250W, część 1
AVT−5015
Na rynku uk³adÛw
scalonych do wzmacniaczy
audio d³ugo panowa³ zastÛj.
W†ostatnich dwÛch latach
nast¹pi³ rewolucyjny prze³om,
ktÛry z†pewnym opÛünieniem
dotar³ takøe do Polski:
w†artykule przedstawiamy
opis konstrukcji wzmacniacza
audio wysokiej jakoúci,
o†bardzo duøej mocy
muzycznej (2x250W), ktÛry
praktycznie nie wymaga
ch³odzenia. Niewiarygodne?
Zobaczcie sami!
Ojcem (matk¹?) sukcesu jest
amerykaÒska firma Tripath, ktÛra
po latach doúwiadczeÒ ze wzmac-
niaczami audio pracuj¹cymi w†kla-
sie D (z cyfrow¹ modulacj¹ syg-
na³u audio metod¹ PWM) opraco-
wa³a w³asn¹, zupe³nie now¹ klasÍ
wzmacniaczy, ktÛr¹ nazwan¹ T.
Podstawowa zasada dzia³ania
wzmacniaczy pracuj¹cych w†klasie
T jest podobna do klasycznych
wzmacniaczy impulsowych, tzn.
sygna³ wyjúciowy wzmacniacza jest
ci¹giem impulsÛw o†modulowanym
wype³nieniu i†- istotna nowoúÊ -
czÍstotliwoúci. To w³aúnie dziÍki
modyfikowaniu czÍstotliwoúci noú-
nej PWM wzmacniacze pracuj¹ce
w†impulsowej klasie T nie znie-
kszta³caj¹ sk³adowych sygna³u wyj-
úciowego o†czÍstotliwoúciach po-
wyøej 1,5..2kHz jak dzieje siÍ to
w†klasie D (
rys. 1
), w†zwi¹zku
z†czym maj¹ pasmo przenoszenia
porÛwnywalne (
rys. 2
) ze wzmac-
niaczami pracuj¹cymi w†klasie A
lub AB. Tak dobry wynik osi¹g-
niÍto - niestety - doúÊ duøym
kosztem, poniewaø sygna³ wejúcio-
wy poddawany wzmacnianiu jest
poddawany dog³Íbnej analizie wid-
mowej przez procesor sygna³owy
wbudowany w†uk³ad steruj¹cy (
rys.
3
). Procesor ten odpowiada za
dostosowanie czÍstotliwoúci noúnej
do widma sygna³u wejúciowego,
a†takøe - dziÍki rozbudowanym
obwodom sprzÍøenia zwrotnego -
dostosowuje parametry sterowania
wyjúciowych tranzystorÛw mocy
do ich indywidualnych charakte-
rystyk. DziÍki temu dobranie tran-
zystorÛw pracuj¹cych w†koÒcÛw-
kach mocy nie jest zbyt trudne.
Wed³ug informacji udostÍpnionych
przez producenta, czÍstotliwoúÊ
noúnej PWM dla sygna³Ûw o†nie-
wielkich amplitudach i†niskich
czÍstotliwoúciach wynosi ok.
1,2MHz. Spada ona do ok. 200kHz
dla sygna³Ûw o†bardzo duøych am-
plitudach. DziÍki uzaleønieniu
czÍstotliwoúci sygna³u noúnego od
amplitudy sygna³u wyjúciowego
poszerzeniu ulega zakres liniowej
pracy elementÛw indukcyjnych,
ktÛre wykorzystano do filtracji
sygna³u wyjúciowego.
W†tym momencie wypada za-
daÊ pytanie, po co inøynierowie
Najważniejsze parametry i właściwości
wzmacniacza AVT−5015:
moc muzyczna: 2x250W (THD=1,2%, R
L
=4
),
moc wyjściowa dla sygnału sinusoidalnego
i THD=0,1% (R
L
=4
): 150W,
pasmo przenoszenia: 17Hz..80kHz,
odstęp sygnału od szumu: >99dB,
separacja kanałów nie gorsza niż: −75dB (w
całym pasmie),
klasa pracy: T,
sprawność (P
out
=160W, R
L
=4
): 87%,
wbudowane zabezpieczenia
antyprzeciążeniowe.
14
Elektronika Praktyczna 5/2001
P R O J E K T Y
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
Rys. 1. Zniekształcenia w funkcji częstotliwości
wzmacniacza pracującego w klasie D.
Rys. 4. Zawartość harmonicznych w sygnale
wyjściowym przykładowego wzmacniacza
pracującego w klasie D.
Rys. 2. Zniekształcenia w funkcji częstotliwości
wzmacniacza pracującego w klasie T.
Rys. 5. Zawartość harmonicznych w sygnale
wyjściowym przykładowego wzmacniacza
pracującego w klasie T.
firmy Tripath tak bardzo skompli-
kowali wzmacnianie sygna³u au-
dio? Odpowiedü jest bardzo pros-
ta: ze wzglÍdÛw oszczÍdnoúcio-
wych. Wzmacniacze pracuj¹ce
w†klasie AB lub A charakteryzuj¹
siÍ doskona³ymi parametrami (ma-
³e zniekszta³cenia, duøe wzmoc-
nienie, szerokie pasmo przenosze-
nia), lecz maj¹ ma³¹ a†nawet
bardzo ma³¹ (zw³aszcza wzmac-
niacze pracuj¹ce w†klasie A)
sprawnoúÊ energetyczn¹. Z†kolei
wzmacniacze impulsowe pracuj¹-
ce w†klasie D maj¹ duø¹ spraw-
noúÊ energetyczn¹ (nawet do
88%), ale wnosz¹ do wzmacnia-
nego sygna³u doúÊ duøe znie-
kszta³cenia, ktÛre s¹ szczegÛlnie
dokuczliwe dla sk³adowych syg-
na³u wyjúciowego o†wyøszych
czÍstotliwoúciach (
rys. 4
). Odtwa-
rzanie muzyki za pomoc¹ wzmac-
niacza o†tak duøych zniekszta³ce-
niach jest praktycznie niemoøli-
we, w†zwi¹zku z†czym klasa D
doskonale przyjͳa siÍ w†syste-
mach kina domowego, gdzie ener-
gooszczÍdne wzmacniacze s¹ wy-
korzystywane do zasilania g³oúni-
kÛw subniskotonowych o†paúmie
przenoszenia do 250..500Hz. Na
rys. 5
pokazano charakterystykÍ
ilustruj¹c¹ poziom zniekszta³ceÒ
w†funkcji mocy wyjúciowej
wzmacniacza klasy T. PrzyjÍto
warunki pomiarowe identyczne,
jak dla odpowiedniego uk³adu
pracuj¹cego w†klasie D (charakte-
rystyka z†rys. 4) - przedstawiony
wykres nie oznacza, øe w†zbudo-
wanym przez nas wzmacniaczu
przy 10W mocy wyjúciowej po-
ziom zniekszta³ceÒ osi¹ga 10%!
niaczy o†mocy wyjúciowej (sinus)
ok. 150W w†kaødym kanale. W³aú-
nie ten uk³ad zastosowaliúmy
w†prezentowanym projekcie.
Opis uk³adu
Prezentowany w artykule
wzmacniacz powsta³ w†oparciu
o†bardzo szczegÛ³owe zalecenia
producenta uk³adu TA0102A.
W†dokumentacji udostÍpnionej
m.in. na stronie
www.tripath.com
znajduje siÍ tak wiele wytycz-
nych, øe potencjalny wykonawca
wzmacniacza ma stosunkowo nie-
wiele do zrobienia: zaprojektowaÊ
p³ytkÍ drukowan¹. Jak siÍ jednak
okaza³o, nie jest to zadanie zbyt
proste, poniewaø pr¹d przep³ywa-
j¹cy impulsowo przez kluczowane
z†duø¹ szybkoúci¹ tranzystory mo-
cy powoduje powstawanie doúÊ
duøych zak³ÛceÒ, ìchÍtnieî wyko-
rzystywanych przez wzmacniacz
jako pretekst do wzbudzania siÍ.
Schemat elektryczny najwaøniej-
szej czÍúci wzmacniacza pokazano
na
rys. 6
. Jak ³atwo siÍ domyúleÊ,
najwaøniejszym elementem wzmac-
niacza jest uk³ad scalony U1. Syg-
na³y wejúciowe IN_L i†IN_R s¹
TA0102A - serce
wzmacniacza
Pierwsze prÛby ze wzmacnia-
czami pracuj¹cymi w†klasie T kon-
struktorzy firmy Tripath prowadzi-
li buduj¹c je z†elementÛw dyskret-
nych. Okaza³o siÍ, øe zoptymali-
zowany projekt sterownika moøna
umieúciÊ w†pojedynczej obudowie
i†dostarczaÊ go w†postaci goto-
wych modu³Ûw hybrydowych, nie
wymagaj¹cych praktycznie øadne-
go ìstrojeniaî. Jednym z†pierw-
szych uk³adÛw tego typu na rynku
by³ TA0102A, sterownik wzmac-
Tab. 1. Wartość czasu “martwego”
w zależności od położenia zworek
JP1 i JP2.
Zwarte
Zwarte
Czas
styki
styki
“martwy”
JP1
JP2
[ns]
1−2
1−2
145
1−2
2−3
105
2−3
1−2
65
Rys. 3. Schemat blokowy układu TA0102A.
2−3
2−3
25
Elektronika Praktyczna 5/2001
15
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
Rys. 6. Schemat elektryczny wzmacniacza.
wstÍpnie filtrowane za pomoc¹
pasywnych filtrÛw LC, a†sk³adowa
sta³a, jaka moøe w†nich wyst¹piÊ
jest separowana za przez konden-
satory C35 i†C36. Do wejúÊ sygna-
³owych IN1 i†IN2 U1 do³¹czono
dwa potencjometry R17 i†R18, za
pomoc¹ ktÛrych ustala siÍ napiÍcie
polaryzuj¹ce stopieÒ wejúciowy
wzmacniacza. Na z³¹cze wejúciowe
JP4 wyprowadzono takøe sygna³
wyciszania wzmacniacza MUTE. Je-
øeli zostanie podany na to wejúcie
sygna³ cyfrowy o†poziomie napiÍcia
odpowiadaj¹cym logicznej ì1î
wzmacniacz przestanie pracowaÊ.
Po ok. 200 ms od chwili podania
na to wejúcie logicznego ì0î
wzmacniacz rozpoczyna normaln¹
pracÍ. Jeøeli wejúcie to nie bÍdzie
wykorzystane moøna uaktywniÊ
wzmacniacz ìna sta³eî, zwieraj¹c
styki 2-3 jumpera JP3.
Bardzo istotn¹ rolÍ, zw³aszcza
dla bezpieczeÒstwa kosztownego
uk³adu TA0102A, pe³ni impulso-
wy stabilizator napiÍcia U2. Jest
to uk³ad z†rodziny
SimpleSwitcher
produkowanej przez National Se-
micondutors. Pracuje on w†swojej
typowej aplikacji stabilizatora ob-
niøaj¹cego napiÍcie wejúciowe,
a†jego zadaniem jest utrzymanie
12-woltowego odstÍpu napiÍcia za-
silaj¹cego wejúcie referencyjne
VN12 U1 od ujemnego napiÍcia
zasilania -45V. Poniewaø pod
wp³ywem zmian ob-
ci¹øenia wartoúÊ
ujemnego napiÍcia
zasilaj¹cego moøe siÍ
zmieniaÊ w†szerokich
granicach, producent
zaleca stosowanie
schematu zasilania
tego wejúcia jak po-
kazano na
rys. 7
.
Teoretycznie moøli-
wy, prostszy w†reali-
zacji wariant zasila-
nia pokazany na
rys.
8
, nie zapewnia bez-
pieczeÒstwa pracy
U1. Zastosowanie
doúÊ kosztownego
stabilizatora impulso-
wego wyniknͳo
z†faktu, øe wiÍkszoúÊ
klasycznych stabiliza-
torÛw 3-koÒcÛwko-
wych nie pracuje sta-
bilnie w†przypadku wykorzystanie
bieguna zasilania jako wejúcia re-
ferencyjnego (masy). Poniewaø na-
16
Elektronika Praktyczna 5/2001
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
WYKAZ ELEMENTÓW
Końcówka mocy
T1..T4: STB19NB20
U1: TA0102A
U2: LM2594HV−13
Różne
L1, L2: 11
Ω
R3, R6, R11, R14: 0,01
/1W
bezindukcyjne
R4, R5, R9, R10: 5,6
H/10A
L3, L4: według opisu w tekście
L5: 330
/1W
bezindukcyjne
R7, R12: 33
H/2A
L6, L7: 1
/2W bezindukcyjne
H/10A
JP1..JP3: goldpiny 1x3 z jumperami
ARK2 2 szt.
ARK3 2 szt.
Listwa goldpin z 38 stykami
(podstawka dla TA0102A)
Radiator aluminiowy zgodnie
z opisem w tekście
R8, R13: 1k
/1W bezindukcyjne
Rys. 7. Zalecany sposób
wytwarzania napięcia
polaryzującego VN12.
R15: 1,5k
Ω
R17, R18: 10k
potencjometry
miniaturowe
R19..R22: 1M
Ω
R30, R31: opcjonalnie według
opisu w tekście
Kondensatory
C1..C7, C14, C16, C17:
100nF/100V
C8, C13, C15, C27: 100
Blok zabezpieczenia głośników
(opcjonalny)
F/100V
Rezystory
R23, R24: 1M
Rys. 8. Nieprawidłowy sposób
wytwarzania napięcia
polaryzującego VN12.
C9, C10, C34: 100nF/50V
C11: 10
F/100V
Ω
R26, R27: 100k
F/25V
C18..C23: 10nF/100V
C28, C29: 100
Ω
Kondensatory
C24..C26: 1
piÍcie zasilaj¹ce U2 ma duø¹
wartoúÊ, niezbÍdnym okaza³o siÍ
zastosowanie stabilizatora wysoko-
napiÍciowego (LM2594HV - High
Voltage, moøe pracowaÊ przy na-
piÍciu wyjúciowym wynosz¹cym
maksymalnie 57V), a†ze wzglÍdu
na wygodÍ montaøu zdecydowano
siÍ na uøycie uk³adu o†fabrycznie
ustalonym napiÍciu wyjúciowym.
Wbudowany w†U1 procesor ste-
ruj¹cy wyjúciowe tranzystory mocy
moøna skonfigurowaÊ za pomoc¹
zworek JP1 i†JP2 w†taki sposÛb, aby
zoptymalizowaÊ parametry sterowa-
nia pod k¹tem szybkoúci ich pracy.
F/150V
C30, C31: 220nF
C32, C33: 47pF
C35, C36: 1
F/50V
Półprzewodniki
D6: BAT83
D7: MBR150 lub MBR160
D9: 1N4148
Q5: BC557
Q6..Q9: BS170
Różne
Przekaźnik np. Schrack RTE24−005
F/25V
C37..C40: 10nF/50V
Półprzewodniki
D1..D4: MUR120
D5: dowolna LED
D8: MBR150 lub MBR160
Oznacza to, øe podczas prze³¹czania
par tranzystorÛw T1, T3 i†T2, T4
procesor pomiÍdzy cyklami naprze-
miennego w³¹czania tranzystorÛw
wstawia czas ìmartwyî kiedy to
obydwa tranzystory powinny byÊ
wy³¹czone. Funkcja ta naywa siÍ
Break-Before-Make
, a†jej zadaniem
jest m.in. zminimalizowanie start
energii w†przypadku zastosowania
niezbyt szybkich tranzystorÛw wyj-
úciowych. W†
tab. 1
zestawiono war-
toúci czasu ìmartwegoî w†zaleønoú-
ci od ustawienia zworek JP1 i†JP2.
W†przypadku zastosowania spraw-
dzonych w†naszym laboratorium,
w†zwi¹zku z†czym zalecanych tran-
zystorÛw STB19BN20 czas ìmart-
wyî powinien wynosiÊ 65ns.
Konstrukcja stopni koÒcowych
wzmacniacza jest niezbyt interesu-
j¹ca (czytaj: ma³o skomplikowana),
lecz wymagania stawiane zastoso-
wanym w†nich elementom s¹ bar-
dzo wysokie. TwÛrcy uk³adu
TA0102A wykazali siÍ ogromnym
doúwiadczeniem, dziÍki czemu
w†obydwu ga³Íziach stopni koÒco-
wych moøna zastosowaÊ tranzysto-
ry unipolarne z†kana³em N, zamiast
najczÍúciej stosowanych par kom-
plementarnych. Pomimo ci¹g³ego
udoskonalania technologii, tranzys-
tory mocy z†kana³em P†ci¹gle po-
Rys. 9. Schemat elektryczny opcjonalnego bloku zabezpieczającego głośniki.
Elektronika Praktyczna 5/2001
17
Rezystory
R1, R2: 20k
R16: 10k
R25: 20k
C12: 100
R28: 220k
Wysokosprawny wzmacniacz audio 2x250W
zostaj¹ krok w†tyle (s¹ zazwyczaj
wolniejsze) za swoimi odpowiedni-
kami z†kana³em N. DziÍki temu
unikamy koniecznoúci p³acenia wiÍ-
cej lub ømudnego dobierania par
podobnych tranzystorÛw, co zreszt¹
nie zawsze jest moøliwe.
Uk³ad U1 jest wyposaøony
w†system autodiagnostyki, ktÛrego
stan jest sygnalizowany za pomo-
c¹ diody úwiec¹cej D5, sterowanej
sygna³em z†wyjúcia HMUTE U1.
åwiecenie tej diody oznacza po-
prawne warunki pracy uk³adu.
W†przypadku wyst¹pienia przetÍ-
øenia w†stopniu wyjúciowym dio-
da D5 gaúnie sygnalizuj¹c awariÍ.
Ponowne w³¹czenie wzmacniacza
wymaga zmiany stanu logicznego
na wejúciu MUTE w†cyklu 0-1-0
lub wy³¹czenia i†w³¹czenia zasi-
lania. W†przypadku zbyt niskiego
lub zbyt wysokiego napiÍcia za-
silania dioda D5 takøe gaúnie,
a†powrÛt wzmacniacza do pracy
jest moøliwy dopiero po podaniu
napiÍcia zasilaj¹cego o†w³aúciwej
wartoúci.
Dodatkowe bloki
funkcjonalne
Niezobowi¹zuj¹cym uzupe³nie-
niem prezentowanej konstrukcji
jest blok zabezpieczenia g³oúni-
kÛw przed uszkodzeniem stopni
wyjúciowych, ktÛry jednoczeúnie
spe³nia rolÍ ich od³¹cznika, ste-
rowanego sygna³em HMUTE.
Schemat elektryczny tej czÍúci
uk³adu pokazano na
rys. 9
. Jest
to dok³adna kopia bloku zabezpie-
czaj¹cego opracowanego przez in-
øynierÛw firmy Tripath. Jego za-
let¹ jest prostota uk³adowa i†od-
pornoúÊ na potencjalne uszkodze-
nia, lecz - jak pokaza³y doúwiad-
czenia prowadzone ze wzmacnia-
czem - jego stosowanie nie jest
niezbÍdne. W†przypadku rezygna-
cji ze stosowania bloku zabezpie-
czaj¹cego naleøy zewrzeÊ za po-
moc¹ grubego przewodu miedzia-
nego styki przekaünika i†koniecz-
nie zainstalowaÊ nastÍpuj¹ce ele-
menty: L6, L7 i†C18..C23. Z†mon-
taøu pozosta³ych elementÛw moø-
na zrezygnowaÊ.
Piotr Zbysiñski, AVT
piotr.zbysinski@ep.com.pl
Wzory p³ytek drukowanych w for-
macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie
pod adresem:
?pdf/maj01.htm
oraz na p³ycie
CD-EP05/2001B w katalogu
PCB
.
18
Elektronika Praktyczna 5/2001
[ Pobierz całość w formacie PDF ]